跟随式下肢运动康复全向移动机器人的制作方法

本实用新型涉及康复机器人技术领域，尤其涉及一种跟随式下肢运动康复全向移动机器人。

背景技术：

在人口老龄化日益加剧的中国，下肢行走不便的老年人的数量越来越多，同时，由于交通事故、运动扭伤以及其它各种疾病引起的下肢运动功能障碍的人群也在逐年增加。患者除了采取早期的手术治疗和药物治疗外，科学、正确、合理的肢体康复训练对于肢体运动机能的恢复起到相当重要的作用。为此，需要一种机械装置来帮助患者进行助行康复训练，从而逐步恢复下肢运动功能。现如今的康复机器人，如北京理工大学研发的一种康复机器人(专利申请号2009100881588)，该康复机器人可以实现助行康复训练的目的，其行走移动单元采用四轮移动方式，有两个主动车轮和两个被动车轮，两个主动车轮各有一台电机单独驱动，这种移动底盘无法实现全方位移动，改向不灵活；该康复机器人采用可沿着背板上下滑动的立柱来调节机器人的高度，但平衡辅助操纵把手的宽度不可调节，只适用于一定体型的患者；这些都限制了该机器人的使用范围。另外，如华中科技大学研发的一种康复助行机器人(专利申请号2011104330357X)，该康复助行机器人同样可以实现助行康复训练的目的，其中机器人底盘中心对称分布安装三个麦克纳姆轮，用于实现行走机构的全方位移动，但麦克纳姆轮结构复杂，加工制造成本高，若采用连续切换轮，同样能够实现全方位移动的效果，并且加工难度及成本大为降低；该康复助行机器人操纵把手设计为高度和俯仰角度可以自由调节，用于满足不同身高体型使用者的需求，但操纵把手的左右宽度却不可调节，这样将降低使用的舒适性，进而影响康复训练的效果。

技术实现要素：

为克服上述的问题，本实用新型人团队进一步进行研究，探索一种跟随式下肢运动康复全向移动机器人，本实用新型主要提出该机器人的机械系统，本实用新型的康复全向移动机器人不仅可以全方位移动地跟随运动康复训练者，并且机器人的高度、宽度可调，能够适合不同体型的人群使用，通过调节合理、舒适的高度和宽度，将起到更好的康复训练效果。

本实用新型的具体技术方案为：跟随式下肢运动康复全向移动机器人，包括U形移动底架、上方U形护架、跌倒防护装置和伸缩支撑装置。所述U形移动底架包括：U形架；全向移动底盘，所述全向移动底盘与所述U形架前端弯曲段的下方相连，所述全向移动底盘包括：底盘主架，所述底盘主架与所述U形架相连；连续切换轮组件，所述连续切换轮组件为三个，连接在所述底盘主架的底面，且呈圆周阵列三角分布，所述连续切换轮组件包括：固定框，所述固定框与所述底盘主架相连；连续切换轮装配体，所述连续切换轮装配体安装于所述固定框中间且与所述固定框可枢转地相连；驱动件，所述驱动件与所述连续切换轮装配体相连以驱动所述连续切换轮装配体转动；万向轮组件，所述万向轮组件为两个，两个所述万向轮组件分别与所述U形架的两个末端相连，并支撑所述U形架；所述跌倒防护装置位于所述上方U形护架的下方，并与所述上方U形护架相连；所述伸缩支撑装置为三个，且三个所述伸缩支撑装置一端分别与所述U形架前端弯曲段和所述U形架的两个末端相连，所述伸缩支撑装置的另一端分别与所述上方U形护架的前端弯曲段和所述上方U形护架的两个末端相连。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述固定框包括两个侧板，两个所述侧板上设有轴座；所述连续切换轮装配体 包括连续切换轮与轮轴，所述轮轴与所述连续切换轮同轴相连，所述轮轴装设于所述固定框的两个所述侧板的所述轴座内，且所述轴座与所述轮轴间设有轴承；所述驱动件包括固定体和驱动轴，所述固定体与所述固定框相连，所述驱动轴与所述轮轴相连并驱动所述轮轴转动；所述驱动件采用直流减速电机。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述全向移动底盘还包括连接法兰，所述全向移动底盘通过所述连接法兰与所述U形架前端弯曲段相连。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述上方U形护架包括：U形框，所述U形框包括两个侧杆；侧护杠，所述侧护杠为两个，且两个所述侧护杠分别与所述U形框的两个所述侧杆相连；加强横梁，所述加强横梁设在两个所述侧护杠之间且与两个所述侧护杠相连；调宽护板组件，所述调宽护板组件为两个且分别设在两个所述侧护杠上，且所述调宽护板组件还包括：护板，所述护板为两个且分别与两个所述侧护杠相连；调宽轨道，所述调宽轨道为两个且分别设在所述护板两侧；调节螺栓，所述调节螺栓为两个且设在所述侧护杠的前端；锁死螺栓，所述锁死螺栓设在所述侧护杠的后端；操纵把手，所述操纵把手为两个且分别与两个所述护板相连。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述上方U形护架还包括：下伸连杆，所述下伸连杆为三个且均与所述U形框相连，三个所述伸缩支撑装置分别通过三个所述下伸连杆与所述U形框相连。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述伸缩支撑装置包括：固定杆，所述固定杆与所述U形架相连；伸缩杆，所述伸缩杆可伸缩地与所述上方U形护架的所述下伸连杆相连。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述跌倒防护装置包括：防跌护裤，所述防跌护裤穿戴在人体上；连接索具，所述连接索具为多个，且所述连接索具的一端与所述防跌护裤相连，另一端与所述上方U形护架相连；同时，连接索具上设有拉力传感器。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述加强横梁中间设有仪表安装接口，用于安装显示仪表；所述U形移动底架上设有电气设备安装接口，用于安装电气设备，所述电气设备包括控制模块与电源模块。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述上方U形护架上还设有行走意图检测装置。

作为优选，在本实用新型技术方案的跟随式下肢运动康复全向移动机器人中，所述U形移动底架的所述U形架由金属管材折弯而成；所述上方U形护架的所述U形框由金属管材折弯而成。

通过上述技术方案，所述连续切换轮装配体为三个且三个所述连续切换轮装配体在三个所述驱动件的各自驱动下，三个所述连续切换轮根据所输入转向和转速的不同可以实现所述全向移动底盘在平面上全方位移动。所述显示仪表用于显示机器人的运动状态、训练数据以及切换主动、被动等多种康复训练模式等，方便进行人机交互操作。当下肢行动不便的患者需要进行康复训练时，设置所述显示仪表为主动康复训练模式，此时机器人将在控制系统的作用下自动感应人体位置从而跟随使用者的行走轨迹；若使用者不能完全独立站立或者重心不稳时，可以将双手放在两个所述侧护杠的所述护板上，以便能支撑身体的部分重力，在一定程度上能够防止跌倒；同时，由于具有所述的跌倒防护装置，使用者穿戴上所述防跌护裤，当使 用者重心不稳即将跌倒时，所述防跌护裤能够防止使用者跌落地面，用于确保使用者的安全；机器人除了自动跟随使用者的行走轨迹之外，使用者还可以手握操纵把手控制机器人的行走轨迹，该手控方式可以满足使用者主动控制多样化的需求；当使用者需要进行特定行走轨迹康复训练时，操作所述显示仪表切换为被动康复训练模式，使用者跟随机器人预先设定好的行走轨迹进行助行康复训练。

此外，所述伸缩杆与所述固定杆之间可伸缩地相连；当使用者的身高较高或者较矮时，可以通过上下调节所述伸缩杆实现跟随式下肢运动康复全向移动机器人竖直高度的调节；同时，通过放松所述锁死螺栓并左右调节所述护板可以实现跟随式下肢运动康复全向移动机器人左右宽度的调节，这样不仅可以提高跟随式下肢运动康复全向移动机器人的使用舒适度，而且满足了更多人群的使用需求。

采用本实用新型的技术方案将能获得以下有益效果：(1)采用所述全向移动底盘，实现所述下肢运动康复机器人的全方位移动，使用者可最大程度地模拟正常人的步态规律和习惯进行康复训练；(2)采用所述伸缩支撑装置和所述调宽护板组件，实现了所述跟随式下肢运动康复全向移动机器人高度和宽度的调节，可以满足更多人群的使用需求；(3)采用所述跌倒防护装置，可以防止使用者在康复训练过程中意外跌倒造成二次伤害，从而进一步提升了系统的安全性。

附图说明

图1是根据本实用新型实施例的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的立体示意图；

图2是图1所示的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的另一立体示意图；

图3是图1中Ⅰ处的局部放大图；

图4是图1所示的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的连续切换轮组件的剖视示意图；

图5是图1中Ⅱ处的局部放大图；

图6是图2中Ⅲ处的局部放大图；

图7是图1所示的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的降低高度的立体示意图；

图8是图1所示的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的提升高度的立体示意图；

图9是图1所示的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的减小宽度的立体示意图；

图10是图1所示的跟随式下肢运动康复全向移动机器人的加大宽度的立体示意图；

附图标记：

1000跟随式下肢运动康复全向移动机器人；

1U形移动底架；

11U形架；12全向移动底盘；13万向轮组件；14基座；

121底盘主架；122连续切换轮组件；123连接法兰；

1211电气设备安装接口；

1221固定框；1222连续切换轮装配体；1223驱动件；1224轴座；

12211侧板；

12221连续切换轮；12222轮轴；

12231固定体；12232驱动轴；

141上基座；142下基座；

131万向轮连接件；132万向轮；

2上方U形护架；

21U形框；22连接套；23侧护杠；24加强横梁；25调宽护板组件；26下伸连杆；

211侧杆；2111超声波传感器；

241仪表安装接口；242显示仪表；

251护板；252调宽轨道；253调节螺栓；254锁死螺栓；255操纵把手；

3跌倒防护装置；

31防跌护裤；32连接索具；33拉力传感器；

4伸缩支撑装置；

41固定杆；42伸缩杆。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面结合图1至图10详细描述根据本实用新型实施例的跟随式下肢运动康复全向移动机器人。

如图1、图2、图3所示，跟随式下肢运动康复全向移动机器人包括：U形移动底架1、上方U形护架2、跌倒防护装置3和伸缩支撑装置4。U形移动底架1包括：U形架11、全向移动底盘12、万向轮组件13。全向移动底盘12与U形架11前端弯曲段的下方相连，全向移动底盘12包括：底盘主架121，底盘主架121与U形架11相连；连续切换轮组件122，连续切换轮组件122为三个，连接在底盘主架121的底面，且呈圆周阵列三角分布，连续切换轮组件122包括：固定框1221，固定框1221与底盘主架121相连；连续切换轮装配体1222，连续切换轮装配体1222安装于固定框1221中间且与固定框1221可枢转地相连；驱动件1223，驱动件1223 与连续切换轮装配体1222相连以驱动连续切换轮装配体1222转动；万向轮组件13为两个，两个万向轮组件13分别与U形架11的两个末端相连，并支撑U形架11；跌倒防护装置3位于上方U形护架2的下方，并与上方U形护架2相连；伸缩支撑装置4为三个，且三个伸缩支撑装置4一端分别与U形架11前端弯曲段和U形架11的两个末端相连，伸缩支撑装置4的另一端分别与上方U形护架2的前端弯曲段和上方U形护架2的两个末端相连。

具体地，如图1、图2、图3所示的实施例，U形移动底架1还包括基座14，基座14为三个，基座14为分体式，包括上基座141和下基座142，上基座141和下基座142中间分别设有半圆槽，上基座141和下基座142扣压在U形架11上，上基座141和下基座142件通过螺纹连接件连接，使基座14与U形架11夹紧。基座14为三个，包括一个前基座1401和两个后基座1402，前基座1401固定在U形架11的前端弯曲段，用以连接U形架11与伸缩支撑装置4，以及U形架11与全向移动底盘12；后基座1402固定在U形架11的后端两直线段处，用以连接U形架11与伸缩支撑装置4。

如图3所示，全向移动底盘12还包括：连接件123，全向移动底盘12通过连接件123与U形架11相连，底盘主架121还包含电气设备安装接口1211，用以安装电气设备，所述电气设备包括控制模块与电源模块。

在本实用新型的一些实施例中，上方U形护架2上还设有行走意图检测装置，所述行走意图检测装置包括操纵把手255、跌倒防护装置3的拉力传感器33，以及两个侧杆211上安装的超声波传感器2111，如图5、图6所示。

具体的，如图4所示的连续切换轮组件的剖视示意图，连续切换轮组件122通过固定框1221与底盘主架121相连，固定框1221与底盘主架121通过螺纹连接 件相连，固定框1221包括两个侧板12211，两个侧板12211上设有轴座1224，轴座1224与侧板12211通过螺纹连接件相连；连续切换轮装配体1222包括连续切换轮12221与轮轴12222，轮轴12222与连续切换轮12221同轴相连，并且两者通过键连接实现同步转动，轮轴12222装设于连接在固定框1221的两个侧板12211上的轴座1224内，且轴座1224与轮轴12222间设有轴承；驱动件1223包括固定体12231和驱动轴12232，固定体12231与固定框1221相连，驱动轴12232与轮轴12222相连并驱动轮轴12222转动；本实施例中，驱动件1223采用直流减速电机，具有驱动效率高、便于控制等优点。

再进一步的，万向轮组件13包括万向轮连接件131和万向轮132，两个万向轮连接件131与U形架11两个直线段的末端相连，万向轮132通过螺纹连接件连接于万向轮连接件131下方。

如图1、图2所示，通过上述实施例的技术方案，三个连续切换轮12221分别在三个驱动件1223的不同转向、不同转速的驱动下可以实现全向移动底盘12的全方位移动，同时，两个万向轮组件13起到辅助移动的作用，与全向移动底盘12一起实现跟随式下肢运动康复全向移动机器人的全方位移动。

如图1、图2、图5与图6所示的实施例，上方U形护架2包括：U形框21、连接套22、侧护杠23、加强横梁24、调宽护板组件25和下伸连杆26。其中，U形框21还包括两个侧杆211，加强横梁24上设有仪表安装接口241，显示仪表242安装在仪表安装接口241。如图1、图2、图6所示，连接套22开有横向通孔，U形框21的前端弯曲段套在连接套22的横向孔中并与连接套22通过螺纹连接件相连，类似的，U形框21的两个侧杆211末端套在两个连接套22的横向孔中并与连接套22通过螺纹连接件相连；而且，如图6所示的局部放大图，侧护杠23为两个， 且两个侧护杠23分别与两个侧杆211在竖直方向上通过螺纹连接件相连；并且，调宽护板组件25为两个，且分别与侧护杠23通过螺纹连接件相连，且调宽护板组件25还包括：护板251、调宽轨道252、调节螺栓253、锁死螺栓254和操纵把手255。其中，护板251与侧护杠23通过螺栓相连，调宽轨道252设在护板251的两侧，进一步的，如图5所示的局部放大图，调节螺栓253为两个，且两个调节螺栓253均设在侧护杠23的前端，调节螺栓253分为光轴段和螺纹段，螺纹段与侧护杠23的螺纹孔通过螺纹副相连，光轴段与调宽轨道252配合，且螺栓头与护板251之间留有一定的间隙，使护板251能更好地沿着调节螺栓253移动，而且，如图4所示的局部放大图，锁死螺栓254设在侧护杠23的后端，且与侧护杠23的螺纹孔通过螺纹副相连，用于放松或者锁紧护板251的位置；操纵把手255为两个，且两个操纵把手255分别与两个护板251相连，在使用过程中，使用者的双肘分别放在两个护板251上，同时双手握在两个操纵把手255上，可以通过操作操纵把手255实现手控控制机器人的行走轨迹；再进一步的，加强横梁24设在两个侧护杠23之间，并通过螺栓或者焊接的方式与两个侧护杠23相连，且加强横梁24在中间处设有仪表安装接口241；另外，显示仪表242通过螺栓连接于仪表安装接口241处，显示仪表242用于显示交互界面和进行人机交互操作。

作为优选的实施方案，如图1、图2所示，U形移动底架1的U形架11由金属管材弯折而成；同样的，上方U形护架2的U形框21也由金属管材弯折而成，在其他的实施例中，U形架11与U形框21也可以采用金属管焊接而成。

另外，伸缩支撑装置4为三个，如图1、图2所示，伸缩支撑装置4还包括固定杆41和伸缩杆42，且三个固定杆41分别与三个上基座141通过螺纹连接件相连。在本实施例中，伸缩支撑装置4为电动推杆，在其他实施例中还可以为丝杠、 齿轮齿条传动等其他的一些方案。下面详细地描述下伸连杆26与伸缩杆42的连接方式，下伸连杆26为三个，且U形框21前端弯曲段的下伸连杆26的下端与伸缩杆42通过螺纹连接件相连，上端套在连接套22的连接孔中并通过螺纹连接件相连，另外两个下伸连杆26与伸缩杆42的连接方式和U形框21前端弯曲段的下伸连杆26与伸缩杆42的连接方式类似。

如图1、图2、图6所示的实施例中，跌倒防护装置3还包括防跌护裤31、连接索具32和拉力传感器33。其中，防跌护裤31穿戴在人体上，如图1、2所示，连接索具32有多个，每一个连接索具32的一端与防跌护裤31相连，另一端与上方U形护架2的侧杆211相连。进一步的，如图1、图2、图5、图6所示的实施例，连接索具32上还装有拉力传感器33，拉力传感器33的一端通过套环套在连接索具32上，另一端与防跌护裤31相连，拉力传感器33的受力情况，可以结合其他检测装置的参数综合判断使用者的行走意图。当拉力传感器33的测量值大于设置值时，即表示使用者跌倒拉动了防跌护裤31，这时防跌护裤31就可以保护穿戴在里面的使用者，使其不会受到二次伤害；同时，控制系统控制驱动件1223处于锁定状态，使与驱动件1223相连的连续切换轮装配体1222也处于锁定状态，从而使得跟随式下肢运动康复全向移动机器人处于停机锁定状态，进一步确保使用者的使用安全。

进一步的，如图1、图2、图5、图6所示的实施例，两个侧杆211上还可分别装有两个超声波传感器2111。所述行走意图检测装置包括操纵把手255、跌倒防护装置3的拉力传感器33，以及两个侧杆211上安装的超声波传感器2111。操纵把手255可以通过使用者人手控制在一定的锥形区域内转动，跌倒防护装置3的拉力传感器33可以将受力情况，超声波传感器2111检测使用者相对机器人的位置，上述的信息反馈到控制系统，以判断使用者的行走意图，并与本实用新型的跟随式 下肢运动康复全向移动机器人关联，从而实现机器人的跟随运动。具体地，使用者可通过显示仪表242选择康复训练模式，当选择主动训练的自动模式时，四个超声波传感器2111与拉力传感器33联合检测到使用者的相对位置，并将数据反馈给控制系统，判读其行走意图，控制系统通过控制三个驱动件1223的转速和转向改变全向移动底盘12的运动状态；当使用者选择主动训练的手控模式时，四个超声波传感器2111不参与工作，使用者手控地操作操作把手255，根据路况或者使用者的意图操作操纵把手255，控制系统获取控制信号并进行处理，进而控制三个驱动件1223各自的转速和转向改变全向移动底盘12的运动状态，实现手控模式下的康复训练。

通过上述的技术方案，使用者需要进行下肢康复训练时，可以将双肘放在两个护板251上，同时通过显示仪表242选择主动或者被动训练模式，全向移动底盘12根据需要改变三个驱动件1223各自的转向和转速，达到跟随式下肢运动康复全向移动机器人全方位移动的效果，进而辅助使用者进行下肢康复训练。

进一步的，本实用新型的跟随式下肢运动康复全向移动机器人可以上下调节高度以适应不同身高的使用者。具体的，如图7所示，当跟随式下肢运动康复全向移动机器人需要降低高度时，使伸缩支撑装置4的固定杆41固定不动，伸缩杆42相对固定杆41向下移动时，带动与伸缩杆42相连的下伸连杆26向下运动，同时U形框21与下伸连杆26相连，这样U形框21随着伸缩杆42同时向下运动，进而降低了康复机器人机械系统的高度；如图8所示，当跟随式下肢运动康复全向移动机器人需要提升高度时，使伸缩支撑装置4的固定杆41固定不动，伸缩杆42相对固定杆41向上移动，带动与伸缩杆42相连的下伸连杆26向上运动，同时U形框21与下伸连杆26相连，这样U形框21随着伸缩杆42同时向上运动，进而提高了康 复机器人的高度。

此外，本实用新型的跟随式下肢运动康复全向移动机器人可以根据使用者的体型肥胖程度以及使用舒适度需求来调节宽度。具体的，如图9所示，当跟随式下肢运动康复全向移动机器人需要减小宽度时，放松锁死螺栓254，左右滑移护板251，当左侧护板251向右滑动并而右侧护板251向左滑动，使得跟随式下肢运动康复全向移动机器人的宽度减小；相反地，如图10所示，当左侧护板251向左滑动而右侧护板251向右滑动时，跟随式下肢运动康复全向移动机器人的宽度增大，这样就可以通过调节护板251来改变跟随式下肢运动康复全向移动机器人的宽度，直到宽度合适时再拧紧锁死螺栓254。

对于机器人的其他构成，已为现有技术，且为本领域的普通技术人员熟知，故不再详细描述。当然，为了美观，可将全向移动底盘12等处进行美观装饰，也属于常用方案，不做介绍。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。